Карбид кремния (SiC) - это неорганический полупроводниковый материал с чрезвычайно широкой полосой пропускания, который может попеременно выступать в роли то проводника, то изолятора, что делает его полезным в силовой электронике благодаря его более высокой электропроводности по сравнению с традиционными кремниевыми полупроводниками.
Лаборатории EAG обладают обширным опытом в проведении объемных и пространственно-разрешенных аналитических методик на образцах SiC.
Высокотемпературная силовая электроника
Для электромобилей (EV) требуются силовые полупроводниковые приборы, способные работать при более высоких температурах, меньших потерях энергии и более высокой скорости переключения, чем те, которые изготавливаются из обычных кремниевых чипов. Материалы с широким зазором, такие как SiC, могут обеспечить эти преимущества и показали хорошие результаты в лабораторных экспериментах. Однако изготовление интегральных схем на их основе может быть сопряжено с определенными трудностями: цепочка поставок может быть еще не так развита, как для обычного кремния.
Команда Coherent упорно работает над снижением стоимости SiC и сокращением сроков производства, чтобы производители могли повысить эффективность EV и одновременно удовлетворить требования потребителей к производительности.
Завод Coherent в Саксонбурге, штат Пенсильвания, использует технологию "кремний на изоляторе" (SOI) для производства высокопроизводительных эпитаксиальных пластин SiC диаметром до 200 мм по технологии "кремний на изоляторе" (SOI). Эти пластины могут использоваться для изготовления различных устройств силовой электроники, таких как MOSFET и IGBT, а также усилителей мощности GaN-on-SiC RF и других СВЧ-устройств.
Технология SOI компании Coherent позволяет лучше контролировать рост слоев SiC, что повышает выход продукции и производительность устройств. Coherent предлагает возможности комплексной характеризации, включая лазерную абляцию-индуктивно-связанную плазму-оптическую эмиссионную спектроскопию (LA-ICP-OES) и сканирующую электронную микроскопию-энергодисперсионную спектроскопию (SEM-EDS) - полезные инструменты для выявления критических дефектов и повышения производительности.
Высокочастотные радиочастотные усилители мощности
В связи со стремительным расширением сетей 5G по всему миру спрос на радиочастотные усилители мощности для усиления передачи беспроводных сигналов данных растет в геометрической прогрессии. Компания Coherent предлагает пластины из карбида кремния, способные эффективно работать в новых высокочастотных диапазонах на расширяемой технологической платформе.
SiC-подложки этой компании помогают силовой электронике работать более эффективно за счет снижения выделения тепла, что позволяет уменьшить размеры системы охлаждения, а значит, снизить затраты на электроэнергию и сэкономить место, занимаемое системой охлаждения.
Полупроводники SiC могут работать на более высоких частотах, чем чипы из чистого кремния, что увеличивает скорость и дальность хода электромобилей. Кроме того, SiC-полупроводники выделяют меньше тепла, выдерживая более высокие температуры, а это значит, что они могут питать более эффективные автомобили с лучшей экономией топлива.
Совместные инвестиции Coherent с японскими компаниями Denso и Mitsubishi Electric позволят увеличить производство 200-мм подложек и эпитаксиальных пластин из карбида кремния, а также заключить долгосрочные соглашения о поставках для удовлетворения потребностей японских компаний в SiC толщиной 150 мм и 200 мм. Кроме того, эта сделка укрепляет позиции Coherent на автомобильном рынке - она уже поставляет материалы, используемые для производства микросхем, применяемых в автокомпонентах и электронике. Каждая из компаний инвестирует по $500 миллионов за 12,5% неконтрольных долей участия в новом подразделении.
Автомобильная электроника
Силовая электроника из когерентного карбида кремния позволяет повысить энергоэффективность и надежность автомобилей, сократить выбросы углекислого газа и ускорить переход к устойчивому обществу. Они позволяют использовать технологию рекуперативного торможения, которая преобразует тепловую энергию торможения в электрическую энергию, которая затем может быть сохранена в аккумуляторе электромобиля, а также управлять и эксплуатировать большие электрические нагрузки, такие как обогреватели, вентиляторы и электронные машины.
Компания Coherent объявила о создании Silicon Carbide LLC в качестве своего нового дочернего предприятия по производству SiC, которое будет выпускать GaN-on-SiC MOSFETs и другие радиочастотные и микроволновые устройства на высококачественных полуизолирующих SiC-подложках диаметром до 200 мм. По данным Coherent, Denso Automotive - один из крупнейших поставщиков автомобилей - и Mitsubishi Electric вложили значительные средства.
Инвестиции Coherent позволят реализовать планы по расширению мощностей и обеспечить надежные, масштабируемые поставки для удовлетворения растущих потребностей рынка в силовых электронных устройствах на основе SiC. Coherent ожидает значительного снижения затрат за счет использования SiC, который значительно дешевле традиционных полупроводниковых материалов, таких как кремниевые чипы. Кроме того, SiC может выдерживать более высокие температуры, чем кремниевые чипы, что позволяет производителям уменьшить размеры систем охлаждения, тем самым снижая вес и занимаемую площадь изделий - важный момент, поскольку автомобильные компании стремятся снизить стоимость транспортных средств, одновременно повышая популярность электромобилей у потребителей.
Накопление энергии
SiC-чипы обеспечивают системам хранения энергии более высокую эффективность и плотность мощности за счет снижения потерь на переключение, работы при более высоких температурах с уменьшением потерь тока, а также помогают уменьшить размеры и стоимость компонентов, одновременно уменьшая их размеры и стоимость. Кроме того, эта технология позволяет уменьшить размеры систем охлаждения, что еще больше снижает объем и вес системы.
SiC является превосходным материалом для определения магнитного поля благодаря естественному магнитному резонансу, который можно использовать в приложениях, связанных с обнаружением поля. Кроме того, его время спиновой когерентности в 10 раз больше, чем у обычных полупроводников, что позволяет проводить быстрые и точные измерения и делает SiC подходящим для высокоскоростных, компактных и маломощных магнитометров с высоким разрешением.
В исследованиях дефектов в SiC использовались методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и электрически детектируемого магнитного резонанса (ЭДМР), при этом особое внимание уделялось углеродным вакансиям, присутствующим в выращенных CVD-слоях, которые демонстрируют большое время спиновой когерентности при комнатных температурах9,10,35.
Хан подчеркивает важность тесного сотрудничества филиала Coherent с ведущими системными компаниями для максимального обучения. По словам Хана, понимание факторов, определяющих решения клиентов и конечных пользователей, например, требований рынка электромобилей, таких как соотношение первоначальной стоимости покупки и эксплуатационных расходов, запас хода и время зарядки, имеет жизненно важное значение.